JP3364072B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ回転軸にリ
ードスクリュー部が形成されたステッピングモータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、図７に示すように、モータ回転
軸３１にリードスクリュー部３２が形成されたステッピ
ングモータ３０は、そのモータ回転軸３１の両端を２つ
のスラスト軸受３３，３４でそれぞれ支持される構造と
なっている。そして、スラスト軸受３４側は、さらに、
メタル軸受３５によりラジアル方向の支持をする構成と
なっている。なお、モータ回転軸３１には、ステータ部
３６とわずかな隙間をもって対向するようにロータマグ
ネット３７が固着されている。また、この軸受３４は、
板バネ３８とボール３９とで構成され、モータ回転軸３
１のスラスト荷重をこの板バネ３８のバネ圧で移動可能
に受け止めている。一方、ステータ部３６は、取付板５
１に固定され、この取付板５１がフレーム５０にねじで
固定されることにより、フレーム５０にステータ部３６
側が固定されている。この固定の際、メタル軸受３５が
位置決めのために利用されている。

【０００３】また、モータ回転軸を軸受けするに際し、
実開平６−２１３８３に示されるように中央のメタル軸
受を省略し、２つのスラスト軸受のみで、モータ回転軸
を軸受けするように構成されるステッピングモータもあ
る。このステッピングモータ４０は、図８のような概略
構成となっている。すなわち、そのモータ回転軸４１の
両端を先端側の軸受（図示省略）とステータ部側の軸受
４２で支持し、かつステータ部側の軸受４２を図９に示
すような予圧板バネ４３と複数のボール４４からなる球
軸受としている。一方、ステータ部をフレーム５０に取
り付ける方法は、図７と同様な方法を採用している。す
なわち、取付板５１とねじを利用してステータ部をフレ
ーム５０に取り付けている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな図７に示す構造のステッピングモータ３０において
は、リードスクリュー部３２に係合する被送り体の反力
により、モータ回転軸３１がメタル軸受３５に当たり、
カタカタ音が発生する場合が生じている。これは、この
構成のステッピングモータ３０では、被送り体の送り方
向が異なるため、リードスクリュー部３２の受ける反力
も回転方向によって異なる結果、その変動によってカタ
カタ音が生じやすいものとなっているためである。

【０００５】一方、このカタカタ音の発生は、メタル軸
受３５の部分で摺動ロスが発生することにもつながって
いる。また、このメタル軸受３５の存在そのものが、そ
の摺動支持機能によってモータ回転軸３１の回転力を減
少させる原因となっている。特に、メタル軸受３５が中
央にある一方、板バネ３８がモータ回転軸３１のモータ
側他端部を押圧する構造のため、メタル軸受３５に対し
側圧が発生し易くなっている。この側圧の発生は、摺動
ロスの増加につながり、モータ回転軸３１の回転力をさ
らに減少させている。

【０００６】一方、実開平６−２１３８３に示されるス
テッピングモータ４０は、図７に示すようなメタル軸受
３５がないので、モータ回転軸４１の支持部での摩擦が
減少する効果を有する。しかし、このステッピングモー
タ４０では、ステータとロータの同軸度を出すため、図
７の板バネ３８に相当する予圧板バネ４３を図９に示す
ように複数の螺旋形状の腕部を形成した複雑な形状とし
ている。

【０００７】しかも、この予圧板バネ４３は、モータ回
転軸４１のスラスト移動ばかりでなく、ラジアル方向の
移動も軸受けするものであるので、バネ定数の設定が難
しくなっている。すなわち、ラジアル移動を押さえるた
めにバネを強くすると、モータ回転軸４１に対しての負
荷が大きくなり、回転ロスが生ずる。一方、スラスト負
荷を押さえるためバネ力を小さくすると、ラジアル方向
のたわみも大きくなり、モータ回転軸４１が軸受４２か
ら外れたり、モータ回転軸４１が貫通する孔４５の周辺
角部４６に当たったりする。

【０００８】また、図７に示す構造のステッピングモー
タ３０では、ステータ部３６とロータマグネット３７の
位置関係を決めるに際し、メタル軸受３５を利用して行
うことができるが、図８に示すステッピングモータ４０
では、軸受けを利用することができない。しかも、図８
に示すステッピングモータ４０は、ねじを利用して取付
板５１をフレーム５０に固定しており、ねじ穴の精度と
ねじ締め時の作業精度の問題から、ステータとロータと
の間の垂直精度も含めた位置関係精度が悪くなりがちと
なっている。

【０００９】本発明は、モータ回転軸の摺動ロスやモー
タ回転軸に帰因するカタカタ音の発生を確実に防止でき
るステッピングモータを提供することを目的とする。ま
た、本発明は、ステータとロータの垂直精度を含めた位
置関係精度を簡単に出すことができるステッピングモー
タを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、ステータ部から突出され
たモータ回転軸にリードスクリュー部が形成され、モー
タ回転軸の突出側先端部とモータ側他端部をそれぞれ軸
受で支持すると共に、モータ回転軸をスラスト荷重バネ
によりスラスト方向にバネ付勢してなるステッピングモ
ータにおいて、モータ回転軸のモータ側他端部の回転中
心に円柱形の突出ピンを形成し、該突出ピンをラジアル
軸受で支持すると共に、突出ピンをスラスト荷重バネに
よりバネ付勢している。

【００１１】 また、請求項２記載の発明では、請求項
１記載のステッピングモータにおいて、ラジアル軸受を
嵌合保持する側板の該嵌合孔の内径を、モータ回転軸と
一体回転するロータの径よりも大きくしている。

【００１２】 本発明のステッピングモータは、ステー
タ部とロータとの相互磁気作用によってモータ回転軸が
回転駆動されると、ステータ部から突出した部分に形成
されたリードスクリュー部も回転する。すると、このリ
ードスクリュー部と係合する被送り体が左右の一方に送
られる。

【００１３】 この折、モータ回転軸は、２つの軸受で
その両端がそれぞれ支持される。この支持に当たり、モ
ータ回転軸のモータ側他端部の回転中心に設けられたモ
ータ回転軸と一体または別体の円柱形の突出ピンをラジ
アル軸受で支持するので、モータ回転軸はラジアル方向
に動くことがない。

【００１４】 しかも、その突出ピンをスラスト荷重バ
ネでバネ付勢しているので、バネ付勢点とラジアル軸受
の距離が短くなり、側圧は発生しにくくなる。

【００１５】また、ラジアル軸受に嵌入保持する側板の
該嵌入孔の内径をロータの径よりも大きくすることによ
り、ロータを装着した後にラジアル軸受を装着できるよ
うになる。このラジアル軸受等を装着した後に、スラス
ト荷重バネによりこのラジアル軸受を押圧すると共にモ
ータ回転軸にスラスト荷重を与えている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図３に基づき説明する。

【００１７】ステッピングモータ１は、ステータ部２か
ら突出されたモータ回転軸３を有している。そして、こ
のモータ回転軸３の突出側には、リードスクリュー部４
が形成されており、モータ側他端部には、円柱形の突出
ピン５がその嵌合孔３ａに圧入または接着により形成さ
れている。また、モータ回転軸３の突出側先端部はピボ
ットベアリングにより構成されるスラスト軸受６で支持
され、モータ側他端部はラジアル軸受７で支持されてい
る。ここで、モータ回転軸３の突出側先端部のスラスト
軸受６は、従来公知のピボットベアリングによる軸受と
同様な構成となっており、詳細な説明は省略する。一
方、ラジアル軸受７の側には、このラジアル軸受７を嵌
合保持する側板８と、突出ピン５の先端に当接し、モー
タ回転軸３をバネ付勢するスラスト荷重バネ９が設けら
れている。

【００１８】ステータ部２は、ケースを兼ねる第１ステ
ータ１０と、この第１ステータ１０の極歯１０ａと交互
に入り組む極歯を有する第２ステータ１１と、この第２
ステータ１１と背中合わせに固定される第３ステータ１
２と、この第３ステータ１２の極歯１２ａと交互に入り
組む極歯を有する第４ステータ１３と、第１ステータ１
０と第２ステータ１１との間に挿入されるドーナツ状の
コイルボビンを有するコイル１４と、第３ステータ１２
と第４ステータ１３との間に挿入されるドーナツ状のコ
イルボビンを有するコイル１５とで構成される。なお、
この構成は、従来公知のステッピングモータのステータ
部と同様である。

【００１９】また、このステータ部２には、各種機器へ
取り付けるための取付板１６が、モータ回転軸３の突出
側に固着されている。そして、この取付板１６には、モ
ータ回転軸３の突出側に突出させられた突出嵌合部１６
ａが絞り加工により形成され、その中央には、軸貫通孔
１６ｂが設けられ、モータ回転軸３が貫通している。こ
の貫通したモータ回転軸３の外周と突出嵌合部１６ａの
内周面との隙間Ｌは、ラジアル軸受７とモータ回転軸３
の同軸度誤差以上とするのが好ましい。また、軸貫通孔
１６ｂの直径Ｍは、後述するロータマグネット１７の直
径以下となるように構成されている。

【００２０】モータ回転軸３には、円筒状のＳｍ−Ｃｏ
系のロータマグネット１７が固着される。また、モータ
回転軸３の先端には、突出ピン５を圧入または接着によ
り固定される全体が円柱状で先端が円錐となった嵌合孔
３ａが形成されている。また、ロータマグネット１７の
両端のモータ回転軸３に接する側は、テーパ状に切り欠
かれた凹部１８，１８が形成されている。なお、この凹
部１８，１８のうち、軸貫通孔１６ｂの側の凹部１８と
モータ回転軸３の細径部３ｂには、隙間Ｌを通過してス
テータ部２の内部に入ってくるゴミが蓄えられる。この
結果、ロータマグネット１７とステータ部２とが対向す
る磁気ギャップ部分にゴミが入らないようになる。

【００２１】モータ回転軸３に形成されるリードスクリ
ュー部４は、従来公知のリードスクリューと同様であ
り、このリードスクリュー部４に係合する被送り体（図
示省略）をモータ回転軸３の回転に伴い、軸方向へ移動
させる機能を有している。なお、モータ回転軸３の回転
方向を切り替えることによって、被送り体の移動方向を
制御している。また、モータ回転軸３のモータ側の突出
他端部となる突出ピン５は、モータ回転軸３より細い円
柱形状の軸とされている。

【００２２】そして、ラジアル軸受７は円筒形とされ、
その中央に突出ピン５を貫通させると共にラジアル支持
する支持貫通孔７ａを有している。このラジアル軸受７
は、さらに、その外周に側板８とスラスト荷重バネ９の
間に挟み込まれて固定されるはかま部７ｂを有してい
る。なお、このラジアル軸受け７は、焼結軸受または樹
脂軸受とされている。

【００２３】また、側板８は、ラジアル軸受７を軽圧入
または遊合により嵌合保持する嵌合孔８ａを有する円形
板となっている。そして、嵌合孔８ａの内径Ｄ２をロー
タマグネット１７の外径Ｄ１より大きくし、側板８の固
定後に、ロータ、すなわち、ロータマグネット１７を固
着したモータ回転軸３を組み込めるようにしている。な
お、側板８のステータ部への固定は、溶接またはスラス
ト荷重バネ９のフック１９ａによりなされる。また、こ
の側板８には、モータの取付位置を調整するための２つ
の円形の孔８ｂが設けられている。

【００２４】スラスト荷重バネ９は、一枚の金属板１９
を利用して形成されている。この金属板１９には、フッ
ク部１９ａと、突出ピン５に当接しモータ回転軸３をス
ラスト方向にバネ付勢するスラスト荷重バネ９と、ラジ
アル軸受７を押圧する軸受押えバネ１９ｂと、ラジアル
軸受け７が入り込む中心孔１９ｃとが設けられている。
なお、フック部１９ａは、１８０度対称に２つ設けら
れ、スラスト荷重バネ９は、外周部で外方に若干折り曲
げられた後、中心側に延出するように形成されている。
そして、スラスト荷重バネ９の突出ピン５と当接する部
分は、円形状の突起９ａとなっており、突出ピン５と点
接触している。また、スラスト荷重バネ９は、前述のよ
うに外周部で若干折り曲げられた後、中心側にラジアル
方向と平行に伸ばされているので、モータ回転軸３に対
するスラスト付勢力は、スラスト方向と同一方向とな
り、ラジアル軸受７に側圧がかかりにくい構成となって
いる。

【００２５】また、軸受押えバネ１９ｂは、モータ回転
軸３の回転中心を中心として点対称に４つ設けられてい
る。さらに、金属板１９には、側板８の円形孔８ｂと一
致し、モータの取付位置を調整するための２つの孔１９
ｄが設けられている。

【００２６】なお、スラスト軸受６は、フレーム２０に
固定されている。このフレーム２０には、さらにステー
タ部２側が固定されている。この固定は、取付板１６の
突出嵌合部１６ａをフレーム２０に設けられる嵌合孔に
嵌合させることにより行っている。

【００２７】以上のようにステッピングモータ１が構成
されると、モータの組立時においてスラストガタがあっ
たとしても、そのスラストガタは、突出ピン５がスラス
ト荷重バネ９によりスラスト方向にバネ付勢されること
により吸収される。このとき、突出ピン５は、ラジアル
軸受７にガイドされているので、ラジアル方向に移動す
ることはない。

【００２８】ここで、ステッピングモータ１の組立は、
次のように行う。すなわち、まず、フレーム２０にスラ
スト軸受６を固定する。その後、側板８および取付板１
６を固定したステータ部２をフレーム２０に取り付け
る。この取付は、突出嵌合部１６ａをフレーム２０の嵌
合孔に嵌合させることにより行う。次に、ロータマグネ
ット１７を有するモータ回転軸３をステータ部２および
軸貫通孔１６ｂを通してその先端をスラスト軸受６に係
合させる。その後、ラジアル軸受７を突出ピン５が挿通
するように組み込む。そして、最後に金属板１９のフッ
ク部９ａを第１ステータ１０の外周に掛けることによ
り、突出ピン５を付勢すると共にラジアル軸受７を固定
する。なお、モータ回転軸３の回転停止位置を調整する
ため、モータの取付位置調整用の孔８ｂ、１９ｄを利用
して、ステータ部２を回転させることを適宜行う。

【００２９】このように構成されるステッピングモータ
１の動作は、次のとおりである。すなわち、ステータ部
２のコイル１４，１５に電流が流れると、ステータ部２
とロータマグネット１７との間の磁気相互作用により、
ロータマグネット１７と一体のモータ回転軸３が回転す
る。すると、リードスクリュー部４が回転し、被送り体
（図示省略）を軸方向に移動させる。

【００３０】このような被送り体の移動の際、図７の従
来のステッピングモータ３０では、２つのスラスト軸受
間のメタル軸受３５によって、カタカタ音が発生した
り、回転ロスが生じていたが、本発明のステッピングモ
ータ１では、そのようなメタル軸受がなく、しかもモー
タ回転軸３の外周と取付板１６の内周面との間に隙間Ｌ
を設け、しかもラジアル軸受７でガイドする構成として
いるので、モータ回転軸３が取付板１６に当たることは
ない。このため、カタカタ音の発生は生ぜず、しかもス
ラスト軸受６およびラジアル軸受７の部分以外での摺動
ロスが生ずることはない。

【００３１】また、この実施の形態では、ラジアル軸受
７とスラスト荷重バネ９が近接して配置されているた
め、ラジアル軸受７に対し側圧がかかりにくく、摺動ロ
スの発生も少ないものとなる。

【００３２】なお、この実施の形態では、側板８の嵌合
孔８ａの内径Ｄ２は、ロータマグネット１７の外径Ｄ１
より大きくしているので、側板８をステータ部２に組み
付けてからモータ回転軸３等からなるロータを組み付け
ることができる。加えて、取付板１６の突出嵌合部１６
ａは、フレーム２０への固定機能と、ステータ部２とフ
レーム２０との間の位置決め機能と、隙間Ｌを形成する
機能の３つを兼ねており、組み立て効率が良いものとな
り、組み立て精度もアップする。

【００３３】また、この実施の形態では、モータ回転軸
３より細径の突出ピン５を使用し、その突出ピン５が軸
受けされるので、摺動ロスが小さいものとなる。また、
突出ピン５はモータ回転軸３とは別体となるため、モー
タ回転軸３の外周部はいずれも摺動部とならず、その面
粗度を粗くすることができる。このため、研磨やバレル
等の表面処理工程を適宜なくすことができる。加えて、
スラスト荷重バネ９が一枚の金属板１９から形成され、
その金属板１９にはフック部１９ａや軸受押えバネ１９
ｂ等も設けられているので、部品点数が増加せず、しか
も組み立てが容易となる。

【００３４】なお、上述の各実施の形態は、本発明の好
適な実施の形態の例であるが、これに限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々
変形実施可能である。例えば、取付板１６とフレーム２
０との係合を、図４に示すような半抜き形状の突起１６
ｃを利用して行うようにしても良い。なお、この場合
は、フレーム２０にこの突起１６ｃを嵌合させる嵌合凹
部を設ける必要がある。

【００３５】また、図５のように、突出ピン５の先端を
半円球状とし、スラスト荷重バネ９の付勢バネ部９ｂを
フラット状にしても良い。また、モータ側の突出他端部
となる突出ピン５をモータ回転軸３と別体にするのでは
なく、図６のように、モータ回転軸３と一体にしたもの
でも良い。

【００３６】

【発明の効果】 以上説明したように、請求項１記載の
ステッピングモータでは、従来存在していたメタル軸受
がなく、しかも、モータ側他端部の突出ピンをラジアル
軸受にて軸方向にガイドする構成となっているため、モ
ータ回転軸の摺動ロスやモータ回転軸の動きに帰因する
カタカタ音の発生を確実に防止することができる。しか
も、スラスト荷重バネとラジアル軸受とは従来構造に比
べ、極めて近接して配置されるので、ラジアル軸受にか
かる側圧は、ほとんどなくなり、摺動ロスもさらに減少
する。

【００３７】 加えて、請求項２記載の発明では、ロー
タの外径より側板の嵌合孔の内径を大きくしているの
で、側板をステータ部に固定してから、ロータマグネッ
トやモータ回転軸等から構成されるロータを組み付ける
ことができるので、組み立てし易いものとなる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の要部断面図であ
る。

【図２】図１の要部の分解図である。

【図３】図１のモータ回転軸のモータ側他端部から見た
フレームを除いた平面図である。

【図４】取付板の他の実施の形態を示す図である。

【図５】突出ピンとスラスト荷重バネの他の実施の形態
を示す図である。

【図６】突出ピンの他の実施の形態を示す図である。

【図７】従来の一般に使用されているステッピングモー
タを示す図である。

【図８】従来の他のステッピングモータの概略構成図で
ある。

【図９】図８のステッピングモータに使用される予圧板
バネを示す図である。

【符号の説明】

１ ステッピングモータ ２ ステータ部 ３ モータ回転軸 ４ リードスクリュー部 ５ 突出ピン ６ スラスト軸受 ７ ラジアル軸受 ８ 側板 ９ スラスト荷重バネ １６ 取付板 １７ ロータマグネット ２０ フレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 37/00 - 37/24 H02K 5/00 - 5/26 H02K 7/00 - 7/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ部から突出されたモータ回転軸
   にリードスクリュー部が形成され、上記モータ回転軸の
   突出側先端部とモータ側他端部をそれぞれ軸受で支持す
   ると共に、上記モータ回転軸をスラスト荷重バネにより
   スラスト方向にバネ付勢してなるステッピングモータに
   おいて、 上記モータ回転軸のモータ側他端部の回転中心に円柱形
   の突出ピンを形成し、該突出ピンをラジアル軸受で支持
   すると共に、上記突出ピンを上記スラスト荷重バネによ
   りバネ付勢したことを特徴とするステッピングモータ。
2. 【請求項２】 前記ラジアル軸受を嵌合保持する側板の
   該嵌合孔の内径を、前記モータ回転軸と一体回転するロ
   ータの径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１記
   載のステッピングモータ。